高層建筑高低壓供配電設計

劉準生

［潤加物業服務（深圳）有限公司南寧分公司，廣西 南寧 530000］

0 引言

在高層建筑設計過程中，高低壓供配電設計過程復雜，對安全性能要求高，設計過程重要且困難。因此，如何克服困難，在高層建筑中設計出合理、實用的高低壓供配電系統是每個設計工作者須研究和考慮的問題。

1 高層建筑供配電系統的特點

在高層建筑中，供配電系統的設計直接影響到其電力設施的安全使用。如今，建筑行業飛快發展，高層建筑的結構形式也越來越多，給供配電系統的設計和安裝帶來一定的困難。高層建筑的空間結構跨度很大，尤其是垂直方向上的跨度。高層建筑中使用的電器很多，如電梯、空調、風扇、電磁爐等，這些用電設備都要靠電力供應，都需要依靠安全的供配電系統。在現代社會，隨著經濟的迅速發展，居民的生活質量也越來越好，人們使用的家電、辦公設備越來越多，消耗的電量也更大。因此，供配電系統的安全性能就變得尤為重要。

2 高層建筑對供配電設計的要求

2.1 供配電系統應具有較強可靠性

高層建筑運行時，因建筑物內各種電器和設備的電力消耗需求量大，因此對電力供應、配電系統的負荷有很高的標準和要求，因此在設計時要確保供配電系統的負荷能達到高層建筑的負荷標準，并在系統設計階段就應認真做好高層建筑負荷的調查和分析，從而減少其故障率。此外，高層建筑在運行過程中，還涉及各種消防儀器的使用，這些消防儀器都要靠供電才能正常運行和使用，因此，供配電系統設計時應采用高抗火性的電線電纜，確保系統能夠正常、安全、穩定運行[1]。

2.2 配供電系統電源應具適當的轉換時間

高層建筑設計過程中，為確保供配電系統的穩定，一般都要安裝兩個相互獨立的電源。因此，供配電系統設計時必須考慮某一電源可能出現的故障，必須保證電源切換時間達到相應的要求，以提高高層建筑供配電系統供電的穩定性。此外，對于電力供應穩定性有較高要求的超高層建筑，必須在供配電系統中安裝柴油發電機，如果出現斷電的情況，可將其作為后備電源補充使用。在選擇ATSE 電源轉換開關時，可優先考慮選用PC 級轉換開關，然后對比開關的轉換時間和允許轉換時間，如果切換時間太長，需要安裝UPS 電源。

3 高層建筑供配電系統設計存在的問題

3.1 能耗大，浪費資源

作為建筑工程的用電調度主控平臺，供配電系統可以根據電網的運行方式進行電力資源的優化配置，從而加速區域電力生產過程的一體化建設。在建設初期，受各種主觀和客觀因素的制約，建筑工程的供配電系統出現很多調度性方面的問題，普遍存在“能耗大”的現象，直接影響建筑物的整體性能。如在家庭建筑中，房屋內部電路的不合理布置，使得家用電器在使用過程中，產生大量的能源消耗，不僅違背經濟型建筑的要求，而且對住宅居民的居住環境造成一定的影響。

3.2 故障多，安全性能低

現階段，國家對建筑行業標準進行明確規定，要求建筑行業注重技術創新，需定期不定期對建筑進行優化升級，給供配電系統創造良好的運行環境，降低不利因素對系統的影響；同時，要完善建立智能化供配電系統，優化供配電調度模式，通過供電系統和網絡的相互作用，使建筑供配電系統更加安全可靠。然而，經過長時間的運行，建筑內部的供配電系統出現問題或故障的概率也越來越高，這會影響建筑物的正常運行，降低供電系統的安全可靠性。

3.3 功能不齊全，技術不到位

部分高層建筑供配電系統的功能不全，對建筑工程各項性能和指標產生影響，也影響建筑物的供配電系統設計的改造和升級[2]。如：部分建筑物供用電模式不完善，影響其供配電設計的優化。因傳統的建筑物供配電系統缺陷較多，新的改造模式不適用，配電技術、操作系統、網絡控制與調度等技術應用不到位，阻礙了建筑物特別是高層建筑整體功能的實現。

4 高層建筑高低壓供配電設計方案

供電、配電系統設計前期，首先要依據有關規定，確定最大負荷等級和各等級相應的用電負荷的大小。只有做好用電負荷的計算，才能判斷和選擇何種類型的供電系統、儀器設備等裝置。在電力系統的實際應用中，通常靈活采用單位建筑面積用電指標法和需要系數法或者兩種同時使用的方式對用電負荷進行計算。用電負荷等級一般分為一級、二級和三級負荷，一級負荷必須有兩個電源供電，其中一臺電源出現故障，另一電源不會同時受損，如果一級負荷中有特殊的負荷要求，要增加一臺備用電源，并禁止其他負荷與其連接；二級負荷一般由雙回線供電；三線負荷則沒有特殊要求。本文從高壓和低壓系統分別對高層建筑的供配電系統進行分析。

4.1 高壓供電系統設計

4.1.1 確定高壓供配電設計方案

電力設備在高層建筑中的應用較多，實際使用過程中，建筑中電力設備的總負荷較大，因此，高壓供配電系統的線路電壓一般超過10kV，要想確保高壓供配電系統線路能夠正常運行，可根據實際選擇使用單側、雙側或者環形的雙回路模式。單側的雙回路模式建設成本最低，但其安全性和可靠性也較低；環形的雙回路模式安全可靠性高，但建設成本也高；雙側的雙回路模式安全可靠性居于單側和環形的雙回路模式之間。因此，在高壓供配電系統的設計過程中，需根據高層建筑對供配電系統的安全可靠和建設成本的實際需求，確定選用什么類型的方案和供配電模式，以確保高層建筑系統高壓供配電能夠實現預期的效果[3]。

4.1.2 確定主接線設計方案

確定高壓主接線施工方案時，不能脫離供配電系統方案內容，兩個方案相對應才能發揮效果，同時，要考慮高層建筑運行時真實使用的電源，最后確定高壓的主接線設計方案。要想保證高層建筑物的高壓供配電系統能夠安全、可靠運行，就要考慮選擇復雜性建設方式，即在高壓供配電系統內安裝母線開關，然后分段成單個母線，通過這樣的設計，在高壓的供配電系統運行過程中，如果有電源出現故障，可立即通過母線開關提供臨時性電力供應，彌補故障電源線路的問題，確保高壓供配電系統的安全可靠運行。雖然供配電綜合系統的建設成本較高，但目前高層建筑的供配電系統還是普遍使用高壓供配電系統并長期運行。

4.2 低壓供配電系統設計

高層建筑在建設低壓配電系統時，一般采用的低壓配電系統有樹干式、輻射式、鏈式和混合式4 種。在高層建筑中混合式配電方式應用最廣泛。

4.2.1 鏈式供配電系統設計

鏈式供配電方式主要是將電器或者配電箱與供配電系統的主干線路連接，直接供電運行。在供配電系統建設時，由于鏈式供配電方式線路分支節點不多，且更方便施工人員鋪設電纜和電線，因此建設成本相對低。然而，鏈式供配電系統也有一定的弊端，系統在運行時，如果出現問題故障，在檢修的時候要切斷線路徹底斷電，因此鏈式供配電模式的可靠性不高，在低壓供配電系統中使用這種方式時，一般用在對供電安全可靠性要求不高的建筑內，且這種建筑鏈式供配電方式對用電儀器的容量要求不高。

4.2.2 樹干式供配電系統設計

樹干式供配電系統設計過程中，要求在供配電裝置的主干線上合理設置節點，把主干線路電力傳送到相應的配電箱，供應給使用的設備或電器，這種運行原理和鏈式供配電系統相近。樹干式供配電系統施工工藝簡單，造價低廉，而且與鏈式供配電系統相比，供配電的運行更加穩定和安全。不過，為了確保主干線路更加可靠，避免主干線路的任何一點出現故障，會對建筑的電力供應產生影響[4]。因此，在低壓供配電系統建設時，如果對建筑的供配電系統功能可靠性不作高要求，且其用電負荷分布較均勻，則可以考慮采用此供配電系統。

4.2.3 放射式供配電系統設計

對于放射式供配電系統而言，其主要是通過將總配電箱的電力分配至各配電箱，放射式配電系統有一定的優勢，可實現供配電各個子系統中電力的獨立供應，如果供配電系統出現問題，出現問題的子系統不影響其他供配電子系統的運行，這樣使得供配電系統故障的影響范圍大大縮小，有利于實現供配電系統的安全、可靠性能。然而，放射式供配電系統在設計過程中，需要鋪設的線纜較多，既提高了供配電系統工程的造價成本，又增加施工難度，且放射式供配電系統運行時靈活性不足。因此，在開展低壓供配電系統建設工作時，一般考慮將其運用于供配電可靠性較高，且儀器設備容量較大的建筑工程中。

5 提高高層建筑高低壓供配電設計的方法

5.1 提升電源保障能力

實際高層建筑高低壓供配電系統中，一級負荷和二級負荷的供電方式不一樣，一級負荷需要依靠兩個供電電源輸出電力，但二級負荷主要通過兩個獨立的專用回路輸出電力。若要保證一級負荷不出現斷電或其他故障，則應在系統中使用柴油發電機組。如果是緊急照明裝置等特殊用途的電器，必須事先準備好電池，以便在出現故障時能夠及時供電。對于可能發生的意外狀況，要做好應急預案和預防措施，安裝可以隨時充電的獨立運行的干電池應急燈，以備不時之需，如果建筑內發生安全事故，室內相關工作人員能短時間離開安全事故現場。

5.2 合理選擇變電所

高層建筑如高樓大廈的變電所位置和設備的選擇必須全面統籌考慮，最好選擇距離負荷中心和電源位置較近的地方，便于儀器設施的安裝和運輸，同時確保變電所的良好通風和散熱，但要強調的是，變電所的選址不能選在劇烈震動、潮濕和采光差的地方，且盡量避開有腐蝕性的地方安裝和建設。

5.3 確保接地方式的安全

供配電系統設計過程中，線路的接地方式是保證供配電網安全的關鍵。對于高層建筑而言，可以將工作接地和保護接地兩種方式相結合進行設計，這種組合式接地方式更方便使用。在實際應用中，接地電阻值一般都高于國家要求的相關標準值，因此要充分利用高層建筑鋼筋的接地電阻，并通過人工接地，使得高層建筑接地網功能更加齊全，進一步提高高層建筑供配電系統的整體性能，實現預期目標[5]。

5.4 電源轉換開關的選擇

負荷特性是我們在選用ATSE 電源轉換開關時的重要依據，應充分考慮其性質，并根據裝置的斷電時間間隔，優先選用PC 級的轉換開關，將電源切換時間和重要負載的允許中斷時間互相比較，當電源切換需要較長時間時，可通過增加UPS 電源的方式，以確保重要負荷供電的連續性。在設計過程中，要結合實際情況對其進行科學、合理的劃分，使各供電地區的連續性得以實現。

5.5 應急柴油發電機組的設置

應急柴油發電機組是目前高層建筑一級負荷的供電、配電系統中一種常用的電力供配電方式。如果是使用一臺發電機組進行發電，要盡量避免出現突發事故，因為一旦發生故障，電力供應就會變得非常困難，所以必須將應急電源與常用電源分開，并需要一臺柴油發電機組作為緊急情況下的備用電源。若高層建筑的高度超過200m，垂直輸送電力較困難，不能滿足樓面承載能力時，則可以采用EPS、UPS 方式確保電力供應的連續性；若以上方法都不可行，且不會對建筑物及居民產生影響的情況下，可在高層建筑的頂端合理安裝小型柴油發電機組。

6 結語

通過以上綜合分析，我們對高低壓供配電系統的概念、存在問題、系統設計和提高高層建筑高低壓供配電設計的方法等都有了一個全面的認識。總而言之，為了能夠更好地進行高層建筑的高壓低壓供配電綜合系統的設計，還需要大量的專業人士和技術人員的經驗積累，根據國內外的經驗，針對高層建筑的實際需要進行了一系列的優化和完善，為高層建筑的高低壓供配電綜合系統的設計、施工提供了質量和效果保證。